Н.С. Сова, И.Ш. Алирзаев

ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМАТИЗИРОВАННЫХ ТАБЛИЧНЫХ ФОРМ В ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛЕДОВАНИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Приводятся систематизированные табличные формы, которые позволяют совместить оформление результатов технического обследования зданий и сооружений с процессом их получения.

Ключевые слова: техническое обследование, систематизированные табличные формы.

N.S. Sova, I.Sh. Alirzaev

APPLICATION OF SYSTEMATIZED TABULAR FORMS IN TECHICAL INSPECTION

OF BUILDINGS AND STRUCTURES

Systematized tabular forms that permit to combine designing the results of technical inspection of buildings and structures and the process of their obtaining are given.

Keywords: тechnical inspection, systematized tabular forms.

Результаты обследований зданий и сооружений содержат такой огромный массив разбросанной информации, что их осмысление и анализ без систематизации практически невыполнимы. Принято считать, что систематизация и документирование результатов обследования являются заключительным этапом экспертизы и к нему следует приступать лишь тогда, когда уже известны результаты полевых работ, лабораторных исследований и проверочных расчетов. Часто систематизацией в процессе обследований пренебрегают, в некоторых случаях из-за перегруженности работой по сбору информации. В процессе обследования всегда трудно найти время для рутинной работы по систематизации. В результате позднее требуются гигантские усилия, чтобы привести к структурированному, единообразному виду массивы разрозненных сведений, с трудом поддающихся анализу. Кроме того, смысл важных пометок в полевом журнале, очевидный на следующий день после измерений, может полностью изгладиться из памяти через определенное время.

Когда результаты исследований систематизируются и оформляются по мере накопления, весь процесс обследования становится прозрачным, сотрудничество специалистов облегчается, а у руководителя работ появляется возможность контролировать процесс обследования. Именно систематизация может показать недостаточность собранных сведений, заставив вернуться к предыдущим этапам обследования. В процессе систематизации заполняются пробелы в сборе информации, что в конечном итоге обуславливает более достоверные ре-

93

зультаты о техническом состоянии конструкций. Кроме того, для систематизации может потребоваться знание каких-либо дополнительных обстоятельств или деталей, важность которых трудно предвидеть во время сбора информации. Таким образом, систематизация должна начинаться параллельно со сбором информации.

В работе [1] приводятся рабочие таблицы, которые позволяют совместить оформление результатов обследования с процессом их получения и облегчают анализ поступающей информации. Таблицы составляются после ознакомления с проектно-технической документацией и предварительного осмотра на стадии составления плана предстоящих детальных обследований и заполняются в процессе их реализации. С помощью табличных форм заранее создаются «ящички» для входящей информации. В процессе обследования в соответствующих ячейках составленных таблиц систематически накапливаются результаты полевых работ, лабораторных исследований, проверочных расчетов и т.д.

Схематически модель процесса обследования с применением рабочих таблиц выглядит следующим образом:

составление краткой характеристики объекта или сооружения с перечислением всех конструктивных элементов;

составление рабочих таблиц для конструктивных элементов;

заполнение рабочих таблиц по результатам полевых работ, лабораторных исследований и проверочных расчетов;

составление ведомости дефектов и повреждений на основе рабочих таблиц;

составление итоговых сводных таблиц для всего объекта или сооружения на основе рабочих таблиц.

Здание или сооружение на начальном этапе разбивается на элементы, и для каждого элемента в соответствии с программой обследования составляются рабочие таблицы. В рабочих таблицах выделяются главные моменты: конструктивные решения, исполнения и отклонения технического состояния. Имеющиеся отклонения при этом систематизируются по четырем группам:

связанные с изготовлением конструкции;

связанные с возведением конструкции;

вызванные нарушениями правил эксплуатации;

обусловленные недостатками проектных решений и изменением норм.

Рабочие таблицы представляют собой упорядоченную последовательность вопросов, которые направляют внимание экспертов на наиболее распространенные отклонения. В рабочих таблицах перечисляются основные распространенные недопустимые отклонения для соответствующей конструкции. Полнота рабочих таблиц зависит от целей, характера, ответственности и сложности работ по обследованию. При составлении рабочих таблиц выявляются основные контуры объема предстоящих работ по детальному обследованию конструкций в каждом конкретном случае в зависимости от технического задания заказчика и цели детального обследования. Многочисленность возможных дефектов и повреждений таковы, что все отклонения невозможно учесть в рамках рабочих таблиц. В случае обнаружения непредвиденных отклонений в процессе обследования соответствующие таблицы дополняются. Рабочие таблицы не заменяют специальные знания, они являются дополнительным накопителем памяти, который пробуждает знание в нужный момент времени. Поэтому базовые таблицы следует рассматривать не как набор жестких правил, а как систему ориентиров. Описания отклонений должны быть даны понятным техническим языком и изложены достаточно кратко. При составлении таблиц устанавливается последовательность конструкций с учетом их взаимосвязи: сначала фундаменты, затем элементы каркаса, стен, перекрытий и т.д. Каждая рабочая таблица получает свой номер, который состоит из двух цифр. Первая

94

цифра обозначает номер корпуса или блока, вторая — номер таблицы. Использование этой системы нумерации позволяет легко ориентироваться в структуре отчета.

Специалисты, осуществляющие обследование, выезжают на объект с готовыми таблицами. Составленные, частично заполненные и распечатанные таблицы используются как полевой журнал. Информация, получаемая экспертами в результате полевых и лабораторных исследований, систематизируется по соответствующим блокам рабочих таблиц. По мере выявления информации в соответствующих блоках структурной схемы эксперт делает необходимые пометки о наличии или отсутствии конкретного дефекта и повреждения. В случае обнаружения экспертами непредвиденных отклонений таблицы дополняются соответствующей информацией. Пустые, незаполненные информацией клетки выступают в роли своеобразного сигнала о необходимости поиска недостающей информации. Материалы, подтверждающие достоверность и объективность представленной в таблицах информации, приводятся в приложениях, где собраны необходимые графические материалы, проверочные расчеты, акты вскрытий и испытаний и т.д. На эти материалы делаются соответствующие ссылки в таблицах. Такое разбиение обеспечивает два уровня изложения материала: краткие качественные изложения в основном тексте и более детальные количественные результаты в приложениях. Благодаря использованию такого рода структуры, выявленная значимая информация для каждого конструктивного элемента окажется четко систематизированной. При помощи такой схемы также легко увидеть возникшие противоречия между отдельными, уже установленными фактами, и принять решение об осуществлении дополнительного обследования. Кроме того, с применением табличных форм появляется возможность оперативной переработки большого объема информации, по мере ее накопления.

Рабочие таблицы являются первичными документами. На их основе составляются вторичные документы. Все отклонения, выделенные в рабочих таблицах, последовательно копируются в дефектную ведомость, где имеется на них ссылка. При составлении ведомости дефектов и повреждений необходимо придерживаться избранного порядка рабочих таблиц. Содержимое ведомости дефектов и повреждений должно быть строго увязано с рабочими таблицами и иметь точные постраничные ссылки, позволяющие читателю найти необходимые подробности. Такое соответствие обеспечивает проверку корректности вводимой информации в дефектной ведомости. По результатам рабочих таблиц, составленных для всех несущих и ограждающих элементов зданий или сооружений, составляется итоговая сводная таблица с оценкой их технического состояния. Собранные воедино результаты позволяют объективно получить на их основании обоснованные выводы о техническом состоянии здания или сооружения в целом. В сводной таблице на основании обработки полученных данных исходных таблиц техническое состояние конструкции классифицируется по 5 категориям согласно эксплуатационной надежности и долговечности. Собранные воедино результаты позволяют объективно получить на их основании обоснованные выводы о техническом состоянии здания или сооружения в целом.

Библиографический список

1. Заключение экспертизы промышленной безопасности грунтов основания, фундаментов и надземных конструкций здания цеха ДК -1 ОАО «Воронежсинтезкаучук». – Воронеж.

ВГАСУ 2009. –307 с.

References

1. Conclusion of experts examination of soil basis, foundations and above-ground structures safety of Voronezh Joint Stock Company Rubber Synthesis plant. – Voronezh. VGUACE 2009. – p.307

95

УДК 624.139.22

С.И. Фонова, В.М. Алексеев, П.И. Калугин

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ НА НАБИВНЫЕ СТОЛБЧАТЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Рассматриваются экспериментальные исследования морозного пучения грунтоцементных набивных столбчатых фундаментов.

Ключевые слова: грунтоцемент, морозное пучение, столбчатые фундаменты.

S.I. Fonova, V.M. Alekseev, P.I. Kalugin

EXPERIMENTAL STUDIES OF THE IMPACT OF SOIL FROST HEAVING

ON RAMMING PIER FOUNDATION

In the paper experimental studies of frosty heaving of soil-cement ramming pier foundations are considered.

Keywords: soil-cement, frosty heaving, pier foundations.

Опыт строительства малоэтажных зданий показывает, что довольно часто конструкции подвергаются значительным деформациям. К числу основных причин деформаций зданий относятся воздействие морозного пучения грунтов на фундаменты при промерзании оснований и осадка фундаментов при оттаивании грунтов. Указанные причины вызывают значительные повреждения конструкций, а в ряде случаев приводят здания в аварийное состояние.

В процессе зимнего промерзания на фундаменты зданий и сооружений возможно действие двух категорий сил пучения: обусловленных смерзанием пучинистого грунта с вертикальными стенками фундамента и нормальных сил пучения, начинающих действовать, когда граница промерзания опускается ниже подошвы фундамента.

Первая категория сил для обычных фундаментов достаточно исследована и расчетные величины их приведены в ВСН 29-85, ВСН 29-88 [1,2]. Нормальные же силы практически не исследованы, хотя они во многих случаях являются причиной деформаций и даже разрушения конструкций и сооружений в целом.

Были проведены натурные исследования процессов развития сил морозного пучения на поверхности грунта и действующих на столбчатые фундаменты при различных ступенях нагружения.

96

Наблюдения за динамикой морозного пучения грунта на уровне дневной поверхности и различной глубине показали, что высота пучения резко уменьшается с глубиной и на каждом горизонте имеет определенную закономерность.

Суглинистые грунты с начальной влажностью выше влажности на границе раскатывания способны пучиниться до 30-40 мм за сезон. При этом на глубине 0,4 м высота пучения значительно снижается и не превышает 6-7 мм. При промерзании грунта до 0,8-1,0 м в наших климатических условиях пучение практически прекращается на глубине 0,6-0,7 м.

Природа касательных сил, действующих на боковой поверхности фундамента, кроется в пучинистых свойствах грунта и в смерзании его с телом фундамента.

Сила смерзания фундамента с грунтом определяется средним значением прочности смерзания и размером его поверхности, прилегающей к мерзлому грунту. Прочность смерзания зависит от температуры, вида и влажности грунта, а также характера обработки поверхности бетона фундамента. Наши исследования показали, что прочность смерзания непостоянна в течение зимы и не одинакова по высоте фундамента. Наибольшую величину она имеет у поверхности земли и равна нулю на глубине 0,8-0,9 м. Максимальная прочность смерзания при полном увлажнении грунтов составляет 0,003 МПа.

Наши исследования показали, что изменение фазового состава воды в промерзающем грунте происходит главным образом в определенной зоне, ниже которой процесс кристаллизации еще не начался, а выше – практически не закончился. В природе нет строгой границы между твердомерзлым слоем грунта и талым, а протекает процесс именно в этой зоне, толщина которой незначительна до 0,5-10см. Этот переходный слой называется зоной интенсивного пучения. В слое интенсивного пучения всегда появляются напряжения, которые принято называть относительными нормальными силами пучения данного грунта.

В пласте твердомерзлого грунта, расположенном выше этой зоны, пучение практически прекращается. Если ранее промороженный пласт поднимается, то это происходит под действием относительных нормальных сил морозного пучения, развивающихся в зоне интенсивного пучения.

Набивные фундаменты, возводимые на грунтах, склонных к пучению, могут воспринимать касательные напряжения, развивающиеся при промерзании грунта ниже подошвы фундамента. Эти напряжения возникают в результате действия относительно нормальных сил, присущих зоне интенсивного пучения грунта. Поэтому располагать набивные столбчатые фундаменты в зоне сезонного промерзания грунтов недопустимо.

Если же для отдельных временных сооружений это может быть принято, то допустимая глубина промерзания грунта ниже подошвы фундамента определится из следующего выражения, выведенного из условия равновесия приложенных к фундаменту сил.

где R – радиус подошвы фундамента; h – расстояние от верхней границы зоны интенсивного

пучения до подошвы фундамента.

В связи с этим в задачу исследований входило выявить оптимальную глубину заложения столбчатых набивных фундаментов в климатических инженерно-геологических условиях Центрально-Черноземного региона.

Так как вследствие смерзания боковой поверхности фундамента с грунтом основания величина сил выпучивания зависит от нагрузки приложенной к фундаменту, естественно, возникает вопрос каковы максимальные силы пучения.

Физико-механические свойства грунтов участка представлены в таблице 1.

97

Таблица 1

Деформации осадок и пучения опытных фундаментов

98

В таблице 2 приведены данные наблюдений за деформациями суглинистого грунта при пучении и осадками фундаментов.

Таблица 2

Физические показатели свойств грунтов

Каждый из фундаментов оборудовался четырьмя реперными точками. Один был нагружен предельной нагрузкой Р=25т, другой не нагружен и передавал нагрузку на грунт основания только за счет собственного веса.

Наблюдения за осадками велись в течение двух лет при помощи нивелирования реперных точек.

Результаты проведенных опытов, теоретические исследования и натурные наблюдения за динамикой развития сил пучения промерзающих грунтов позволяют сделать следующие выводы:

1.Главными факторами, обусловливающими величину деформаций пучения и значения нормальных и касательных сил, выпучивающих фундамент, являются состав грунта, физические его свойства, условия промерзания, конструктивные особенности фундамента

ихарактер внешней нагрузки.

2.Силы пучения при глубине заложения фундаментов 1,8м и диаметре подошвы 0,5м, даже при самом невыгодном гидрогеологическом режиме, в грунтовых условиях ЦЧО погашаются собственным весом фундамента.

3.В случае нагружения фундамента предельной нагрузкой, деформации осадок протекают и в зимний период в момент развития максимальных касательных сил выпучивания. Однако, в течение определенного времени осадки фундамента стабилизируются и затухают.

Библиографический список

1.Проектирование мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах. ВСН 29-85/ Госагропром СССР. – М., 1985.

2.Проектирование и устройство фундаментов из цементогрунта для малоэтажных сельских зданий. ВСН 40-88/ Госагропром СССР. – М., 1988.

References

1.The design of shallow-lying foundations of rural low-rise buildings on heaving soils. VSN 29-85 Gosagroprom USSR. – M., 1985.

2.The design and installation of foundations of soil-cement for rural low-rise buildings. VSN 40-88/ Gosagroprom USSR. – M., 1988.

99

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Л.И. Гулак, В.В. Авраамов

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕНОПОЛИСТИРОЛА ДЛЯ УТЕПЛЕНИЯ СТЕН В СОВРЕМЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Рассмотрен вопрос применения теплоизоляционного материала пенополистирола с точки зрения его эффективности и безопасности при эксплуатации. Проведен анализ физико-технических и экологических характеристик материала. Затронуты проблемы пожарной и экологической небезопасности и долговечности материала.

Ключевые слова: тепловая защита зданий, пенополистирол, пожарная безопасность, экологическая безопасность, долговечность.

L.I. Gulak, V.V. Avraamov

ANALYSIS TO EFFICIENCY OF THE USING POLYSTYREN FOAMS FOR WINTERIZING WALLS IN MODERN CONSTRUCTION

The Considered question of the using heat insulation material polystyrene foams with standpoint of its efficiency and safety at usages. The Organized analysis physicotechnical and ecological features of the material. The Touched problems fire and ecological insecure and longevity of the material.

Keywords: heat protection of the buildings, polystyrene foams, fire safety, ecological safety, longevity.

Когда в середине семидесятых годов прошлого века случился первый мировой энергетический кризис, во многих странах развернулись широкомасштабные работы по повышению уровня тепловой защиты зданий, так как 70 % тепловой энергии из каждого здания и до 40 % тепловой энергии из трубопроводов уходит в атмосферу.

С такими потерями тепловой энергии нельзя было мириться в дальнейшем, особенно при переходе на рыночные отношения. Это стало толчком для выхода Федерального закона «Об энергосбережении» и разработки и введения Приложения № 3 к СНиПу II-3-79 «Строительная теплотехника». Последний нормативный документ трансформировался в дальнейшем в СНиП 23-02-03 «Тепловая защита зданий»

Введение новых требований по теплозащите зданий привело к широкому использованию различных теплоизоляционных материалов. Самую большую нишу – до 80 % - занял наиболее распространённый в настоящее время теплоизоляционный материал – пенополи-

100

стирол, являющийся одним из представителей класса пенопластов. Появилось в стране много предприятий, изготавливающих этот материал. Нередко его стали изготавливать кустарным образом. Пенополистирол стал применяться как для наружной теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, так и изнутри, и при использовании колодцевой и слоистой кладок.

В настоящий момент пенополистирол производят по следующим основным способам:

Прессовый пенополистирол (производится во множестве стран под разными торговыми марками, отечественные аналоги – ПС-1,ПС-4)

Беспрессовый пенополистирол (отечественные аналоги – ПСБ (Пенополистирол Суспензионный Беспрессовый), ПСБ-С (Пенополистирол Суспензионный Беспрессовый Самозатухающий)

Экструзионный пенополистирол (отечественный аналоги ЭППС – Пеноплекс, Техно-

плекс)

Автоклавный пенополистирол (отечественных аналогов нет)

Автоклавно-экструзионный пенополистирол (отечественных аналогов нет)

Все разновидности имеют одинаковый химический состав основного полимера - по-

листирола и могут различаться по химическому составу лишь добавками: порообразователями, пластификаторами, антипиренами и др.

Целью данной статьи является не исследование различных конструктивных решений с использованием пенополистирола, а ознакомление читателей с физико-техническими и экологическими характеристиками пенополистирола.

У пенополистирола существуют три неотъемлемых отрицательных свойства, исходящих из его природы, к которым надо относиться просто осторожно, с пониманием этих процессов. Во-первых, это пожарная опасность. Во-вторых, это недолговечность. И в-третьих, это экологическая небезопасность. Эти свойства требуют дополнительных исследований.

На практике проблема пожарной опасности пенополистиролов обычно рассматривается с двух точек зрения: опасности собственно горения материала и опасности продуктов термического разложения и окисления материала. Одной из главных опасностей, возникающих при использовании пенополистирола при утеплении жилых зданий, является то, что это горючий материал, который имеет высокую токсичность и дымообразующую способность. К тому же продукты горения пенополистирола серьёзно отравляют окружающую среду даже на большом расстоянии от места пожара.

Важное значение имеет толщина слоя теплоизоляции из пенополистирола. В некоторых европейских странах толщина теплоизоляционного слоя из пенополистирола не превышает 3,5 см. Ведь чем тоньше слой горючей теплоизоляции, тем она безопаснее в пожарном

101

отношении. В нашей стране во многих системах слой теплоизоляции из пенополистирола достигает 10-30 см.

Опасной особенностью горения полистирола заключается в том, что оно происходит с выделением едкого густого черного дыма (предельная концентрация продуктов горения - 5 мг/м³). Этот дым раздражает слизистые оболочки и вызывает токсическое отравление. Для предотвращения этого в пенополистирол добавляются антипирены. Однако тлеющий пенополистирол столь же опасен в плане выделения продуктов горения, как и пылающий. При этом воспламенение пенополистирола неизбежно в любом случае. Единственное преимущество пенополистирола с антипиренами в том, что это произойдет не через секунды после начала пожара, а через несколько минут.

Чтобы понять недостатки материала, необходимо рассмотреть свойства пенополистирола с точки зрения физической химии. Пенопласты представляют из себя дисперсные полимерные системы. Поэтому неизбежно пенопласты не только являются органическими соединениями, но и имеют весьма высокую поверхность контакта с кислородом воздуха. Органическое соединение находясь на воздухе будет неизбежно окисляться кислородом. Причём, так как пенопласты неизбежно имеют максимально возможную поверхность, то и окисляться они будут с максимальной скоростью по сравнению с аналогичными, но монолитными массивными полимерами. Естественно, что с ростом температуры скорость окисления будет только возрастать. Поэтому все пенопласты являются пожароопасными материалами. И, наконец, если пенопласты неизбежно окисляются даже при комнатных температурах, то продукты такого окисления негативно воздействуют на окружающую среду. Исходя из изложенного следует, что все пенопласты неизбежно обладают тремя негативными эксплуатационными свойствами: недолговечностью, пожароопасностью и экологической небезопасностью.

Пенополистирол в условиях естественной эксплуатации на воздухе (колебания температуры от минус 30 до плюс 30°С, отсутствия света и прямого попадания осадков) подвергается химическому взаимодействию с кислородом воздуха. При этом в окружающую среду выделяются бензол, толуол, этилбензол, а также ацетофенон, формальдегид, метиловый спирт. Кроме того, в окружающую среду, особенно в начальный период эксплуатации, выделяется стирол как следствие неполной полимеризации, так и продукты деполимеризации.

Широкое применение пенополистирола при теплоизоляции стен изнутри привело к быстрому накоплению влаги между ограждающей конструкцией и утеплителем, к появлению плесневых грибов, а в дальнейшем к заболеванию проживающих в таких домах людей.

Парадокс в том, что с точки зрения теплофизики полимерные утеплители действительно самые эффективные теплоизоляторы. Это было бы бессмысленно отрицать. Но когда речь идет о жилье, о таком продукте строительного производства, с которым человеку предстоит общаться ежесуточно много часов в течение десятилетий – здесь одних, даже самых фантастических теплофизических свойств, слишком мало. Здесь главное – безопасность, долговечность, ремонтопригодность.

Исходя из самой сущности полимеризационных пластмасс, не следует забывать о неизбежности деструкции (лат. Destructio - разрушение) полистирола. Деструкция полимеров – разрушение макромолекул под действием тепла, кислорода, света, проникающей радиации, механических напряжений, биологических и других факторов. В результате деструкции уменьшается молекулярная масса полимера, изменяется его строение, физические и механические свойства, полимер становится непригодным для практического использования.

Продолжительность процессов деструкции пенополистирола занимает от года до двух десятков лет. Поэтому определить количество продуктов деструкции при современном уровне знаний процессов не представляется возможным. На воздухе при обычных температурах происходит обязательное изменение химического строения полимеров под воздействием кислорода воздуха, т.е. происходит окислительная деструкция.

102

Пенополистирольные материалы при работе в наружных ограждающих конструкциях представляют эффективную теплоизоляцию, подверженную изменению в результате естественной замены газа в порах на воздух на стадиях изготовления панелей, воздействия несовместимых материалов и случайных эксплуатационных факторов, выражающихся в применении для ремонтов фасадов красок, содержащих летучие углеводородные соединения. Таким образом, на естественную деструкцию пенополистирола дополнительно накладываются влияния технологических и эксплуатационных случайных факторов. Поэтому естественный процесс старения пенополистирола, медленно происходящий во времени, сильно ускоряется.

При ускорении окислительного или теплового процессов создаются возможности протекания разнообразных химических реакций в результате чего наблюдается резкое снижение физико-механических свойств не только пенополистирольных плит, но и прилегающих материалов. В этом случае предсказание срока службы пенополистирольных плит как теплоизоляционного материала из-за случайных факторов воздействия в наружном ограждении сильно затруднено. В настоящее время не существует общепризнанной методики прогноза долговечности пенополистирола, используемого в качестве утеплителя строительных объектов.

До введения новых норм по теплоизоляции ограждающих конструкций жилых зданий проблема методики оценки долговечности пенополистирола не стояла из-за малого объёма его применения. Например, в трёхслойных железобетонных панелях и стенах с гибкими металлическими связями было достаточным иметь толщину пенополистирольных плит 4-9 см в зданиях. Согласно новым нормативам толщину пенополистирольного слоя в стенах и панелях с гибкими металлическими связями приходится увеличивать соответственно до 15-30 см. При повышенной толщине утеплителей в стенах возрастают усадочные явления и температурные деформации, что приводит к образованию трещин, разрывам контактных зон с конструкционными материалами, изменяется воздухопроницаемость, паропроницаемость и, в конечном счёте, снижаются теплозащитные качества наружных ограждающих конструкций.

При активном применении пенополистирола в многослойных строительных конструкциях совершенно не принимается во внимание значительное несоответствие сроков службы утеплителя и зданий, в ограждающие конструкции которых замурован пенополистирол. Прогноз долговечности пенополистирола, полученный по методам разных авторов, даёт разительное расхождение результатов – от 10-12 до 60-80 лет. Каких-либо доказательств в пользу больших сроков пока нет. А вот доказательств в пользу малых сроков – очень много. Необходимо к конструкциям, содержащим пенополистирол любого типа, предъявить жесткие требования по ремонтопригодности, установив, что применение пенополистирола в недоступных для его замены местах зданий недопустимо.

При разработке мер по устранению основных недостатков пенополистирола, он может стать идеальным утеплителем.

Библиографический список

1.СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»

2.А.Н. Баратов, Р.А. Андрианов, А.Я. Корольченко и др. Пожарная опасность строительных материалов. –М, Стройиздат, 1988

3.Стандарт организации СТО 00044807-001-2006 «Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий»

4.Блази В. Мир строительства. Справочник проектировщика. Строительная физика. Москва. 2004.

5.Санитарно-химический анализ пластмасс. Л. Химия. 1977. Стр. 179, 180.

103

6.Деструкция. Энциклопедия полимеров. Том 1 (А-К) Под ред. В.А.Каргин. Справочник: в 3-х т. — М., “Советская энциклопедия”, 1972., с.685-688

7.Ясин Ю.Д., Ясин В.Ю., Ли А.В. Пенополистирол. Ресурс и старение. Долговечность конструкций. Строительные материалы. 2002. № 5. Стр. 33-35.

References

1.SNIP 23-02-2003 "Heat protection of the buildings"

2.A.N. Baratov, R.A. Andrianov, A.YA. Korolichenko and others Fire danger building materials. -M, Stroyizdat, 1988

3.Standard to organizations STO 00044807-001-2006 "Heat protection characteristic barriering design of the buildings"

4.Blazi V. World construction. The Reference book of the designer. The Building physics. Moscow. 2004

5.Sanitary-chemical analysis of plastic. L. Chemistry. 1977. P.. 179, 180.

6.Destruction. The Encyclopedia polymer. That 1 (A-K) Under edit. V.A.KARGIN. Reference book: in 3-h t. - M., "Soviet encyclopedia", 1972., s.685-688

7.Yasin YU.D., YAsin V.YU., Li A.V. Penopolistirol. The Resource and aging. Longevity design. The Building materials. 2002. 5. P.. 33-35.

104

Л.В. Кузнецова

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ КАК СРЕДСТВО ДОСТИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЗДАНИЙ И ЗАЩИТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Рассматривается влияние свойств теплоизоляционных материалов на создание энергоэффективных систем защиты зданий, обеспечивающих в том числе защиту строительных конструкций от воздействий вызываемых внешних климатическими условиями и чрезвычайными ситуациями.

Ключевые слова: теплоизоляционные материалы, защита строительных конструкций, энергоэффективность зданий.

L.V. Kuznetsova

HEAT-INSULATING MATERIALS AS MEANS OF ACHIEVEMENT OF POWER EFFICIENCY OF BUILDINGS AND PROTECTION OF BUILDING DESIGNS

Influence of properties of heat-insulating of materials on creation of power effective systems of protection of the buildings providing including protection of building designs from influences caused external environmental conditions and emergency situations is considered.

Keywords: heat-insulating materials, protection of building designs, power efficiency of buildings.

Во время отопительного сезона неизбежно происходят потери тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции, в том числе сквозь стены, которые могут составлять от 30 до 80% всей теряемой энергии. По статистическим данным на отопление здания в год требуется 22 -23 литров мазута на 1 кв. м площади [1]. Применяемые системы теплоизоляции позволяют снизить эти показатели, а соответственно и затраты, более чем в 5 раз. Используемые в этом случае теплоизоляционные материалы окупают себя не только снижением затрат на теплоснабжение, но и сокращением толщины наружных стен, что в свою очередь приводит к расширению внутренней площади здания. При грамотном подходе 1 погонный метр наружной стены, включающей теплоизоляционный материал, увеличивает жилую площадь на 0,125 кв. м. При площади 120 кв. м выигрыш составляет 5,5 кв. м, а это около 5% прибавки в полезной площади помещений при условии обеспечения лучших теплозащитных свойств ограждений. Результат будет еще более очевиден, если рассматриваемую прибавку площади оценить в ее рыночной стоимости.

Не утепленные или некачественно изолированные, наружные стены способствуют большому расходу энергии и создают в помещении дискомфортный микроклимат. Соприкасаясь с холодными поверхностями ограждений, воздух в помещения интенсивно охлаждает-

105

ся и опускается вниз. Это воспринимается как сквозняк и может вызвать простуду. В случае применения эффективного теплоизоляционного материала разница в температурах воздуха и поверхности стены так мала, что воздух охлаждается незначительно, не вызывая сквозняков. Холодные наружные ограждения в помещениях, воздух которых характеризуется повышенной влажностью, способствуют образованию конденсата (особенно в области "мостиков холода"), с последующим намоканием элементов конструкции и снижением их эксплуатационных параметров. Что оказывает отрицательное влияние на самочувствие и здоровье жильцов.

Возникновение перечисленных проблем можно предотвратить, если предусмотреть эффективное утепление наружных ограждений. При применении для фасадов зданий минераловатных плит в качестве теплоизоляционных материалов в том числе значительно снижаются шумовые нагрузки, оказывающие влияние на психическое состояние людей. В помещениях здания, при применении эффективной системы теплоизоляции постоянно сохраняются комфортный тепло-влажностный режим. Благодаря хорошей дышащей способности минераловатного теплоизоляционного материала в утепленных помещениях царит атмосфера свежести, сравнимая с микроклиматом в деревянных зданиях. Зимой и летом в них тепло, свежо и уютно. Даже зимой, при отключении отопления, тепло в здании сохраняется длительное время, а летом в знойные солнечные дни стены не прогреваются до высоких температур.

На сегодняшний день на Российском рынке представлено значительное многообразие теплоизоляционных материалов и поэтому, выбор подходящего утеплителя требует тщательного анализа качества для предстоящих условий эксплуатации. Чтобы предусмотреть эффективную изоляцию, следует учитывать ряд важных факторов. Теплоизоляция имеет различные характеристики и отличается по областям применения. Следовательно, чтобы не ошибиться с выбором, необходимо знать технические параметры, которыми обладает тот или иной теплоизоляционный материал.

В первую очередь применяемая теплоизоляция классифицируется по температуростойкости. Вид используемого материала подбирается в соответствии с типом возводимого помещения и необходимыми требованиями по пожаробезопасности. Температуростойкость теплоизоляции оказывает существенное влияние на срок службы материала. Теплоизоляция с высокой температуростойкостью отличается более долгим сроком эксплуатации без потери качеств [2].

Важным свойством утеплителей является низкое поглощение (сорбция) водяного пара, то есть паропроницаемость. Водяной пар, замещая воздух в порах утеплителя, способствует ухудшению теплотехнических характеристик теплоизоляции, при этом максимально допустимый уровень показателя в соответствии с нормами составляет 2%. Если теплоизоляционный материал подобран правильно, то проблема повышенной влажности не будет влиять на режимы эксплуатации наружных ограждений.

Для конструкции вентилируемой фасадной системы огромное значение имеет воздухонепроницаемость утеплителей. Это связано с тем, что, на равне с естественной возникает и принудительная конвекция в прослойке вентилируемой фасадной системы, что приводит к увеличению теплопотерь. Согласно рекомендациям максимально допустимый показатель воздухопроницаемости для теплоизоляционных материалов в конструкции вентилируемых

фасадов должен не превышать 60 10-6 м3(м• с• Па) [3]. В том случае теплоизоляция гаран-

тирует защиту здания от коррозии и повреждений, связанных с высокой влажностью воздушной среды. Несмотря на популярность навесных вентилируемых фасадов их конструкционное исполнение характеризуется повышенной пожарное опасностью. Эффективной мерой повышения термического сопротивления ограждающей конструкции в случае если теплоизоляционный материал не соответствует необходимому показателю огнестойкости, является увеличение его толщины либо применение диффузионных мембран [4].

Еще одна важная особенность, которую необходимо учитывать при выборе утеплителя, его химическая стойкость. Это немаловажно, если теплоизоляционные материалы ис-

106

пользуются в различных сетях или теплотрассах, где существует риск попадания масел, растворителей или других агрессивных веществ. Теплоизоляция с высокой химической стойкостью не подвержена вредному воздействию растворителей, масел и других органических компонентов, входящих в состав красок, растворов и прочих смесей а также жидкостей, применяемых в ремонте и строительстве.

Существуют и другие характеристики, которым должный отвечают теплоизоляционные материалы. Это низкая теплопроводность, длительный срок эксплуатации, высокотехнологичный способ монтажа, и т.д. Немаловажный фактор – это цена материалов. В табл. представлены технические характеристики наиболее широко применяемых утеплителей.

Таблица Свойства и технические условия применения теплоизоляционных материалов

107

Окончание таблицы Свойства и технические условия применения теплоизоляционных материалов

Следует особо отметить что, в связи с вступлением регламента от 22 июня 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» [5] и с учетом высоких темпов развития стройиндустрии для повышения огнестойкости возводимых сооружений требуется создание новых высококачественных тепло- и огнезащитных материалов, дефицит которых в настоящее время испытывает строительный рынок. Не смотря на рост строительного производства, остается такая особая категория зданий, как памятники архитектуры, ремонтные работы для которых должны быть также направлен на повышение их энергоэффективности за счет утеплений наружных строительных конструкций с внутренней стороны. Такая схема тепловой изоляции не является оптимальной, но применяя в этом случаи материалы устойчивые к воздействию высоких температур, достигается дополнительная защита конструкции при чрезвычайных ситуациях, что обеспечивает более надежную сохранность фасадов зданий. Поэтому, исходя из существующих тенденций развития строительного производства, наиболее перспективными теплоизоляционными материалами являются те, которые сочетают в своих свойствах низкую теплопроводность и высокую огнестойкость [6].

108

Библиографический список

1. Пашков В.А. «Минпласт»- огнезащита XXI века. //Пожарная безопасность в строительстве//, 2009, №4.- С.22-25.

2.Конышев А.П. Базальт побеждает огонь //Пожарная безопасность в строительстве//, 2009, №2.- С.34-35.3

3.Требования к теплоизоляции в конструкции вентилируемой фасадной системы. //Пожарная безопасность в строительстве//, 2009, №5.- С.65-67.

4.Рубинов М.М. Повышение предела огнестойкости строительных конструкций и инженерных коммуникаций. //Пожарная безопасность в строительстве//, 2009, №6.- С.34-37.

5.Федеральный закон от 22.07.2008г., №123-ФЗ //Технический регламент о требованиях пожарной безопасности//- 84с.

6.Кузнецова Л.В., Щукина Т.В. Влияние огнестойкости конструкций на локальную пожарную и экологическую безопасность районов интенсивного строительства // Международная научно-практическая конференция №11 Высоки технологии в экологии//, 2008, Во-

ронеж – С. 276-280.

References

1.Pashkov V. A "Minplast" - fire barrier the XXI centuries.//Fire safety in building//, 2009, №4. - P.22-25.

2.Konyshev A.P. basalt wins fire//Fire safety building//, 2009, №2. -P.34-35.3

3.Requirements to a thermal protection in a design of ventilated front system.//Fire safety in building//, 2009, №5. - P.65-67.

4.M.M.Povyshenie's rubies of a limit of fire resistance of building designs and engineering communications.//Fire safety in building//, 2009, №6. - P.34-37.

5.The federal law from 22.07.2008г., №123-FL //Technical regulations about requirements of fire safety// - 84 p.

6.Kuznetsova L.V., Schukin T.V. Influence of fire resistance of designs on local fire and ecological safety of areas of intensive building//the International scientifically-practical conference №11 high technologies in ecology//, 2008, Voronezh - P. 276-280.

109

А.В. Уколова, А.А. Резанов, П.Л. Шубин

КОМПОЗИЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ШЛАКА ОАО «ОСКОЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ»

Статья посвящена теоретическим и практическим исследованиям возможностей использования сталеплавильного шлака ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат» при производстве композиционных материалов. Определены условия активизирующие шлак. Установлен рациональный состав цементной наполненной шлаком системы, обеспечивающей практическую и экономическую эффективность ее применения. На сырьевой смеси оптимального состава с использованием сталеплавильного шлака получен теплоизоляционный неавтоклавный ячеистый бетон плотностью 500кг/м3.

Ключевые слова: композит, сталеплавильный шлак, активация, гидратационная активность, ортосиликат, структура.

А.В. Ukolova, A.A. Rezanov, P.L. Shubin

COMPOSITE BUILDING MATERIAL ON THE BASIS OF

STEEL-SMELTING SLAG OF OPEN SOCIETY «OSKOLSKY

ELECTROMETALLURGICAL INDUSTRIAL COMPLEX»

Article is devoted theoretical and practical researches of possibilities of use of steel-smelting slag of Open Society «Oskolsky electrometallurgical combine» by manufacture of composite materials. Conditions making active slag are defined. The rational structure of the cement system filled with slag providing practical and economic efficiency of its application is established. On a raw mix of optimum structure with use of steel-smelting slag cellular concrete with density 500кg/m3 is received not in an autoclave.

Keywords: a composite, steel-smelting slag, activation, hydrations activity, ortosilicate, structure.

Получение эффективных композиционных строительных материалов с использованием шлаковых отходов является актуальной задачей не только с позиции экономии традиционных вяжущих и энергоресурсов, но и с точки зрения защиты окружающей среды [1]. Особый интерес в данном направлении представляет применение сталеплавильных шлаков, которых накопилось в различных регионах значительное количество, а их использование на сегодня минимально. Их применение имеет специфику и требует серьезного изучения.

110

Сталеплавильные шлаки по минералогическому составу в основном представлены силикатами и алюмосиликатами кальция. Зачастую принятая система охлаждения шлаков приводит к силикатному распаду вследствие полиморфного превращения β-С2S в γ-С2S, который сопровождается саморассыпанием. Модификация γ-С2S не обладает гидратационной активностью , однако представляется возможным активизировать твердение ортосиликатов кальция химическим и термическим воздействием. При нагревании γ-С2S в присутствии примесных компонентов могут протекать фазовые превращения минерала с получением более активных форм. Известно, что растворение в γ-С2S 0,2 молей СаО способствует повышению гидратационой активности этой модификации в такой мере, что приближает ее по реакцион-

ной способности к β-С2S [2].

Если в структуре γ-С2S произойдет замещение Si4+ на Аl4+, а также комплексов [SiO4]4- на [SO4]2- , и будут присутствовать крупные катионы (Na, K, Ca, Mg), то это будет способствовать образованию β-С2S и его стабилизации. Известно, что если при структурных превращениях действуют силы совместного сжатия и сдвига, то структурные изменения происходят в направлении γ → β-С2S. Установлено, что длительное измельчение в вибромельнице приводит к частичному образованию β-С2S [2].

В данной работе изучалась возможность использования композиционных вяжущих на основе сталеплавильного шлака ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат». Исследования проводились по трем направлениям: изучение составов сырьевой смеси, активизирующих сталеплавильный шлак; температурных воздействий и механизма перехода γ- С2S в активную форму; возможность применения шлака в качестве наполнителя к цементу. В качестве сырьевых материалов использовались: шлак электросталеплавильного производства Оскольского электрометаллургического комбината, который был размолот до удельной поверхности 300-350 м2/кг; гипс строительный Новомосковского комбината с удельной поверхностью 400 м2/кг; портландцемент марки 400 и известь негашеная активностью 80%, скоростью гашения 5 мин, размолотая до удельной поверхности 300 м2/кг (по ПСХ-2).

Минералогический состав шлака ОЭМК характеризовался наличием в основном следующих соединений: γ-С2S – гамма модификация двухкальциевого силиката; 2CaO*MgO*2SiO2 – окерманит; Ca2 MgFe2O6 - кальциймагниевый феррит; Ca2 Fe2O5 – двухкальциевый феррит; Fe Fe2O5 – магнетит.

Согласно вышеприведенному минералогическому составу шлак представлен минералами, практически не обладающими гидравлическими свойствами. Содержание γ-С2S в рассматриваемом шлакедостигает50-60%. По модулюосновностион относится к высокоосновным.

Изучено влияние составов сырьевой смеси на повышение активности шлака, которое оценивалось по прочности при сжатии микробетона, прошедшего тепловлажностную обработку при температуре 95 0С. Продолжительность изотермической выдержки при этом составила 6 часов. После ТВО образцы выдерживались сутки в естественных условиях и испытывались на прочность при сжатии. При исследовании был применен метод планирования 3-х факторного эксперимента. Варьируемыми параметрами приняты дозировки: портландцемента (х1); гипса (х2), извести (х3). Уровни варьирования независимых переменных представлены в таблице.

111

Получена функциональная зависимость:

y = 2,3 – 1,79x1x2 – 1,38x1x3+1,63x2x3

Оптимальный состав содержал: гипса – 10%, извести 20%, остальное сталеплавильный шлак. При этом прочность микробетона плотностью 1600кг/м3 составила 3,9 МПа. Контрольные образцы, изготовленные на шлаке без добавок, имели пастообразное состояние. Выполненные исследования позволили заключить, что комплексные добавки из гипса и извести активизируют сталеплавильный шлак. Однако, чтобы увеличить марку вяжущего, необходим дополнительный высокотемпературный обжиг шлака.

На основании анализа литературных данных установлено, что при нагреве шлака до 14250С, содержащего в основном γ-С2S, изменяется внутренняя структура этого минерала, в частности степень полимеризации тетраэдрических групп [SiO4]4-, координационное число катионов Ca2+, Mg2+, Al2+ и др. Переход γ-С2S в активную форму сопровождается поворотом тетраэдров SiO4, смещение анионов кальция и изменением его координационного числа от 6 до 8 и более. В решетке старой матрицы наблюдается рост кристаллов β-С2S. Зародыши новой фазы возникают преимущественно в дефектных областях кристаллической решетки матрицы. Перечисленное не противоречит литературным данным [2].

При третьем направлении была изучена размалываемость шлака. Установлено, что по сравнению с кварцевым песком, он лучше размалывается, а поверхность получается более пористая. Исследована возможность использования шлака ОЭМК в качестве наполнителя к цементам. Рациональная тонина помола для шлака при этом равна 300 м2/г, так как она соизмерима с удельной поверхностью портландцемента. Дозировка шлака, как наполнителя в цемент, варьировалась от 5 до 40%. Установлено, что при в введении наполнителя в количестве 5-20% прочность цементного камня практически не уменьшается.

Вероятно, при таком содержании наполнителя создаются наилучшие условия протекания процессов гидратации, часть воды адсорбируется пористыми шлаковыми частицами внутрь зерна, а в более поздние сроки постепенно вступает в процесс гидратации. На поверхности зерен протекают химические реакции с образованием тонкой гелевидной пленки кремниевой кислоты, которая вступает в реакцию с образованием субмикрокристаллических гидратных фаз, которые уплотняют структуру цементного камня и дополнительно связывают отдельные зерна композиции, что не противоречит литературным данным [4].

С применением полученного шлакосодержащего вяжущего изготовлен пенобетон со средней плотностью 470 кг/м3 и 540 кг/м3 и пределом прочности при сжатии 0,55 и 1МПа соответственно. Полученный материал отличается качественной макроструктурой с равномерным распределением пор, что подтверждает выполненный морфометрический анализ шлифов материала с использованием разработанной нами методики, заключающейся в компьютерной обработке цифровых изображений шлифов ячеистого бетона с автоматическим подсчетом основных характеристик макроструктуры: среднего диаметра пор, распределения пор по размерам, толщины межпоровых перегородок. Написанная для этих целей программа с достаточно высоким уровнем точности позволяет описывать поровое пространство ячеистого бетона.

Выполненные исследования позволяют заключить, что комплексная добавка из гипса и извести активизируетшлак. Высокотемпературный обжиг шлака превращает неактивную форму ортосиликата кальция в активную. Применение наполненной шлаком цементной системы эко-

112

номически и практически целесообразно в количестве 5-15%. Получен пенобетон плотностью 500 кг/м3 спрочностью1,2 МПа, чтоудовлетворяеттребованиямГОСТ 25485-89 [5].

Библиографический список

1.Денисов Г.Н. и др. Открытое письмо председателю Правительства Российской Федерации М.М. Касьянову // Строительная газета 2003, №48, с. 3.

2.Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Портландцемент // Стройиздат, - М., 1974. – с. 325.

3.Белов Н. В. Кристаллохимия силикатов с крупными катионами // АН СССР, - М., 1961. – с.67.

4.Кашибадзе Н.В. Шлак Оскольского электрометаллургического комбината, как заполнитель для сухих смесей //Сб. тр. междунар. научно-технич. конф. «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов». Пен-

за, 2008. – с.69-71.

5.ГОСТ 25485-89. Бетоны ячеистые. Технические условия.

References

1.Denisov G. N, etc. the Post card to the chairman of the Government of the Russian Federation M.M.Kasyanov//the Building newspaper 2003, №48, with. 3.

2.Butt J.M., Timashev V.V. Portlandtsement//Stroyizdat, - М, 1974. - with. 325.

3.Belov N.V. Kristallohimija of silicates with large cations//АН the USSR, - М, 1961. -

с.67.

4.Kashibadze N.V.slag Oskolsky of electrometallurgical industrial complex, as a sealer for dry blends//the Receiving tank of works. The international scientific and technical conference «New powerand saving resources high technologies in production of building materials». Penza, 2008. - s.69-71.

5.State standard 25485-89. Concrete cellular. Technical specifications.

113

Т.И. Шелковникова, О.В. Никишова

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Выполнен сравнительный анализ свойств теплоизоляционных материалов: пенополистирола, минераловатных изделий, пенобетона, газосиликата и пеностекла. Был проведен теплотехнический расчёт, рассмотрены вопросы долговечности, пожа- ро-, био- и экологической безопасности сравниваемых материалов.

Ключевые слова: пенополистирол, минераловатные изделия, пенобетон, газосиликат, пеностекло.

T.I. Shelkovnikova, O.V. Nikishova

HEAT ENGINEERING AND ECOLOGICAL PROPERTIES OF

HEAT-INSULATING MATERIALS

The comparative analysis of properties of heat-insulating materials: expanded polystyrene, mineralo-wadded products, foam concrete, fume-silicate and foamglass were made. The heat engineering calculation has been spent; durability questions, fire-, bioand ecological safety of compared materials are considered.

Кeywords: expanded polystyrene, mineralo-wadded products, foam concrete, fume-silicate, foam glass.

При выборе теплоизоляционных материалов требуется не только решать проблему энергосбережения, сокращая теплопотери через ограждающие конструкции, но и уделять внимание вопросам долговечности, пожаро-, био- и экологической безопасности.

Целью данной статьи является анализ и сравнение свойств наиболее распространенных теплоизоляционных материалов: пенополистирола, минераловатных изделий, пенобетона, газосиликата и пеностекла. Для этого был проведен теплотехнический расчёт, позволивший определить толщину вышеперечисленных материалов, обеспечивающую требуемое сопротивление теплопередаче стен, исходя из количества градусо-суток отопительного периода для города Воронеж [1-3]. Результаты расчёта, приведенные в таблице 1, показали, что наиболее рациональным, с точки зрения термического сопротивления, оказалось применение пенополистирола и минераловатных изделий.

114

Оценить эффективность использования теплоизоляционных материалов, опираясь только на результаты теплотехнического расчёта, невозможно, так как необходимо использовать комплексный подход, учитывающий изменчивость характеристик материалов во времени и безопасность их применения. С этой целью выполнен анализ стабильности физикомеханических и химических свойств, долговечности и экологической безопасности сравниваемых материалов. Рассмотрим свойства каждого из материалов более подробно.

Пенополистирол (пенопласт) - лёгкий ячеистый материал, состоящий из вспененного и затвердевшего полистирола. Во время пожара пенополистирол плавится, его сплав воспламеняется при температуре 310 °С. Опасной особенностью плавления и горения полистирола является то, что при температуре более 160 °С он подвергается интенсивной термоокислительной деструкции, разлагаясь до высокотоксичного стирола. Дым, который при этом выделяется, раздражает слизистые оболочки и вызывает токсическое отравление [4].

Полимеры постоянно разлагаются не только под действием тепла, но и под влиянием света, кислорода, озона, воды, механических воздействий и ионизирующих излучений, потому что процесс полимеризации пенополистрола проходит только на 97-98 %, и, более того, он обратим. Полистирол относится к равновесным полимерам, поэтому даже при обычных условиях эксплуатации он находится в термодинамическом равновесии со своим высокотоксичным мономером – стиролом. В случае сдвига термодинамического равновесия в сторону стирола, последний выделяется в окружающую среду и накапливается в организме человека.

Практика показывает, что долговечность ограждающих конструкций, выполненных с использованием пенополистирола, составляет от 13 до 43 лет, что несопоставимо с проектным временем эксплуатации капитальных зданий.

Исходя из вышеизложенного, пенополистирол обладает такими негативными эксплуатационными свойствами, как пожаро- и экологическая опасность, недолговечность.

Минеральная вата – материал, состоящий из системы переплетенных между собой оплавленных волокон, не имеющих шероховатостей. Гладкая поверхность способствует низкому трению волокон между собой, что вызывает их смещение и проседание утеплителя. Для получения полужестких и жестких минеральных плит используется прием закрепления волокон полимерными материалами, наиболее распространенными из которых являются: поливинилацетат, фенолоформальдегидные и мочевино-формальдегидные смолы, фенолоспирты. Свойства вышеперечисленных материалов приведены в таблице 2.

Все рассматриваемые связующие характеризуются невысокой температурой использования, при достижении которой в материалах происходят необратимые процессы, сопровождающиеся интенсивным выделением токсичных веществ. Кроме того, из фенолоспиртов, фенолоформальдегидных и мочевиноформальдегидных смол даже в обычных условиях про-

115

исходит постоянное выделение свободного формальдегида, оказывающего раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки. Фенолоспирты и фенолоформальдегидные смолы также выделяют пары фенола, отрицательно действующие на нервную систему, вызывающие отравления и являющиеся одной из причин онкозаболеваний [5].

Полимеры склонны к деструкции, вызванной их старением, в результате чего прочность связи волокон минераловатных изделий снижается, волокна слеживаются, возникает неоднородность теплоизоляционного слоя, эффективность конструкции значительно снижается. Этими процессами обусловлен прогнозируемый срок службы минеральных плит менее тридцати лет.

Изделия из минеральной ваты обладают следующими негативными эксплуатационными свойствами: отсутствием фиксированной формы, экологической опасностью, обусловленной использованием полимерных материалов для закрепления волокон, нестабильностью свойств, вызываемой деструкцией связующего, и, как следствие, недолговечностью.

Пенобетоны, в случае их эксплуатации в сухом состоянии в неагрессивной среде, могут служить долгое время. В Санкт-Петербурге были проведены обследования зданий, построенных в первой половине двадцатого века. Было установлено, что пенобетонные конструкции, прослужившие более шестидесяти лет, сохранили эксплуатационную пригодность [7].

Пенобетон обладает высокой микропористостью, что способствует конденсации влаги в нём, ухудшению теплоизоляционных свойств и морозостойкости, а следовательно, уменьшению сроков эксплуатации. Скорость процесса разрушения пенобетона зависит от степени проникновения в него влаги, воздуха и других агрессивных сред. Высокая пористость пенобетона не всегда приводит к высокой проницаемости, так как существуют пенообразователи, при использовании которых образуемые поры представляют собой замкнутые пузырьки.

Пенобетон неавтоклавного твердения, получивший широкое применение в малоэтажном индивидуальном строительстве, имеет ряд недостатков: он медленно твердеет, оседает и расслаивается при формовании, требует длительной выдержки перед распалубкой и имеет невысокую прочность (проектная прочность достигается в сроки, значительно превышающие 28 суток). Готовые изделия имеют повышенную влажность и усадку, снижающие трещиностойкость; наблюдается нестабильность показателей плотности и прочности [7].

Исходя из вышеизложенного, для пенобетона характерны следующие негативные свойства: недолговечность при эксплуатации в состоянии, отличающемся от сухого, или при нахождении в агрессивной среде; в случае неавтоклавного твердения - длительное время достижения проектной прочности, повышенная влажность в этот период, неоднородность.

Газосиликат – ячеистый силикатный бетон, широко применяемый в качестве материала для устройства ограждающих конструкций в малоэтажном и каркасном домостроении.

Исследованиями установлено, что в наружных стенах из газосиликатных панелей и блоков, построенных в 60-х годах прошлого века, произошли значительные изменения химического состава, структуры и прочности при сжатии, повышение средней плотности, уменьшение термического сопротивления и снижение трещиностойкости. Прогнозируемый остаточный ресурс надежной работы газосиликата зависит от качества его производства, влажностных условий эксплуатации, толщины и степени защищенности наружной поверхности конструкций и ограничивается, в основном, продолжительностью обеспечения допустимой трещиностойкости, которая изменяется во времени наиболее значительно по сравнению с другими эксплуатационными характеристиками. Газосиликат, изготовленный с соблюдением всех технологических требований и надежно защищенный от внешних воздействий в течение всего срока эксплуатации, может использоваться более 150 лет, в противном случае – менее продолжительности службы капитальных зданий [8].

116

117

Исходя из вышеизложенного, газосиликат обладает следующими негативными свойствами: недолговечностью при отсутствии или повреждении защиты от внешних воздействий, изменением в процессе эксплуатации химического состава и физико-механических свойств.

Пеностекло – пористый материал, получаемый спеканием смеси стекольного порошка с газообразователем. Термическая обработка материала при производстве приводит к завершению химических процессов, связанных с газовыделением. Пленки стекла, разделяющие ячейки, получаются в результате плавления материала и не обладают микропористостью, а значит, не могут сорбировать влагу, снижающую морозостойкость изделий. Пеностекло обладает высокими теплоизоляционными свойствами, прочностью, пожаро- и экологической безопасностью, паро-, газо- и влагонепроницаемостью, устойчивостью к агрессивным средам и температурам в интервале от -50 °С до +600 °С, долговечностью, неизменностью физикомеханических характеристик во времени. Оно не гниет, не поражается насекомыми и грызунами, легко поддаётся механической обработке и монтажу.

Показателем, по которому пеностекло уступает другим рассматриваемым материалам, является стоимость его кубического метра. Однако необходимо учитывать, что эксплуатационные затраты у пеностекла отсутствуют, так как его долговечность сопоставима со сроком службы капитальных зданий, что помогает экономить на периодических ремонтах по восстановлению теплоизоляции.

Пеностекло является негорючим и экологически чистым материалом, что должно способствовать его широкому применению при строительстве жилых и общественных зданий. Положительный экологический эффект может оказывать не только применение пеностекла, но даже и само его производство: сырьём при получении пеностекла могут слуслужить использованная стеклотара и битое стекло. Стеклобой – засоряющий почву неразлагающийся отход, переработка которого в производстве промышленных материалов позволяет решать экологические проблемы, получая положительный эффект не только от утилизации одного из компонентов ТБО, но и от возможности снижения добычи природных ресурсов [9].

Многие иностранные государства считают использование пеностекла одним из приоритетных направлений в строительстве и осваивают его производство в промышленных объемах. Россия, однако, утратила собственное промышленное производство пеностекла, поэтому интенсивно развивающимися направлениями строительного материаловедения в нашей стране должны стать разработка надежной технологии и создание типового оборудования, обеспечивающие получение пеностекла с заданными и стабильными свойствами.

Библиографический список

1.СП 23-101-2000. Проектирование тепловой защиты зданий–М.: Госстрой РФ, 2001.

2.СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий – М.: Госстрой РФ, 2003.

3.СНиП 23-01-99*. Строительная климатология – М.: Госстрой РФ, 2003.

4.Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения - М.: Асс. "Пожнаука", 2004. Ч. 1, - 713 с.

5.Лазарев Н.В. Вредные вещества в промышленности – Л.: Госхимиздат, 1963.– 833с.

118

6. Химическая энциклопедия, ред. Кнунянц И. Л.- М.: «Советская энциклопедия»,

1988.

7.Сахаров Г.П. Эффективные материалы с повышенными теплозащитными и строи- тельно-эксплуатационными свойствами. Сборник докладов международной научнопрактической конференции «Поробетон-2005» - Белгород, 2005.- 144с.

8.Чеpнышов Е.М., Власов В.В., Баутина Е.В. Прогнозирование полного и остаточного ресурсов ограждающих конструкций из ячеистого бетона – Ростов-на-Дону: 2007. – 194с.

9.Шелковникова Т.И., Баранов Е.В. Получение и свойства эффективных материалов на основе стеклобоя. Кровельные и изоляционные материалы, №1’2007.

References

1.BA 23-101-2000. Projecting of thermal protection – M.: State building of RF, 2001.

2.BС 23-02-2003. Thermal protection of buildings – M.: State building of RF, 2003.

3.BС 23-01-99*. Building climatology – M. State building of RF, 2003.

4.Korolchenko A.Y., Korolchenko D.A. Fireand explosion hazard of substances and materials and features of their extinguishing - M.: Ass. «Fire science», 2004. P. 1, - 713p.

5.Сhemical encyclopaedia, ed. Knunyants I.L. - M.: «Soviet encyclopaedia», 1988.

6.Lazarev N.V. Unhealthy substances in industry-L: State chemical publishing house, 1963.

7.Sakharov G.P. Effective materials with improved heat-insulating, constructive and operational properties. Conference Proceedings of international scientific and practical conference

«Poreconcrete-2005» - Belgorod, 2005.- 144p.

8.Chernyshov E.M., Vlasov V.V., Baytina E.V. Prediction of full and residual resources of protection constructions made of porous concrete - Rostov-on-Don: 2007. – 194p.

9.Shelkovnikova T.I., Baranov E.V. Reception and properties of efficient materials on basis of waste of glass. Roofing and insulating materials, №1’2007.

119